Attaques par canaux cachés : expérimentations avancées sur les attaques template - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2011

Side channel attacks: advanced experimentions on template attacks

Attaques par canaux cachés : expérimentations avancées sur les attaques template

Résumé

In the 90's, the emergence of new cryptanalysis methods revolutionized the security of cryptographic devices. These attacks are based on power consumption analysis, when the microprocessor is running the cryptographic algorithm. Especially, we analyse in this thesis some properties of the template attack, with examples from attacks against an unprotected ASIC implementation. We point out that the efficiency of template attacks can be unleashed by using a relevent power model, and we provide some practical improvements by the use of different signal processing techniques. Furthermore, we investigate the relevance of the theoretical framework on profiled SCAs presented by F.-X. Standaert et al. at Eurocrypt 2009. The analyse consists in a case-study based on side-channel measurements acquired experimentally from a hardwired cryptographic accelerator. Therefore, with respect to previous formal analyses carried out on software measurements or on simulated data, the investigations we describe are more complex, due to the underlying chip's architecture and to the large amount of algorithmic noise.In this context, we explore the appropriateness of different choices for the sensitive variables, and we show that a skilled attacker aware of the register transfers occurring during the cryptographic operations can select the most adequate distinguisher, thus increasing its success rate. The principal component analysis (PCA) is used to represent the templates in some dimensions, and we give a physical interpretation of the templates eigenvalues and eigenvectors. We introduce a method based on the thresholding of leakage data to accelerate the profiling or the matching stages. This method empowers an attacker, in that it saves traces when converging towards correct values of the secret. Concretely, we demonstrate a 5 times speed-up in the on-line phase of the attack. Also, it has been underlined that the various samples garnered during the same acquisition can carry complementary information. In this context, there is an opportunity to study how to best combine many attacks with many leakages from different sources or using different samples from a single source. That brings some concrete answers to the attack combination problem. Also we focus on identifying the problems that arise when there is a discrepancy between the templates and the traces to match. Based on a real-world case-study, we show that two phenomena can hinder the success of template attacks when the precharacterized templates are outdated : the traces can be desynchronized and the amplitudes can be scaled differently. Then we suggest two remedies to cure the template mismatches : waveform realignment and acquisition campaign normalization. Eventually, we propose in a methodological manner, some applications of Wavelet transforms in the side-channel context. We show that SCAs when performed with a multi-resolution analysis are much better, in terms of security metrics, than considering only the time or the frequency resolution. Actually, the gain in number of traces needed to recover the secret key is relatively considerable with repect to an ordinary attack.
Au début des années 90, l'apparition de nouvelles méthodes de cryptanalyse a bouleversé la sécurité des dispositifs cryptographiques. Ces attaques se basent sur l'analyse de consommation en courant lorsque le microprocesseur d'une carte est en train de dérouler l'algorithme cryptographique. Dans cette thèse nous explorons, principalement, les attaques template, et y apportons quelques améliorations pratiques notamment par l'utilisation de différentes techniques de traitement du signal. Nous commençons par étudier l'efficacité de ces attaques sur des mises en oeuvre matérielles non protégées, et explorons au fur et à mesure quelque modèles de fuite d'information. Après cela, nous examinons la pertinence du cadre théorique sur les attaques par profilage présenté par F.-X. Standaert et al. à Eurocrypt 2009. Ces analyses consistent en des études de cas basées sur des mesures de courant acquises expérimentalement à partir d'un accélérateur cryptographique. À l'égard de précédentes analyses formelles effectuées sur des mesures par " simulations ", les investigations que nous décrivons sont plus complexes, en raison des différentes architectures et de la grande quantité de bruit algorithmique. Dans ce contexte, nous explorons la pertinence des différents choix pour les variables sensibles, et montrons qu'un attaquant conscient des transferts survenus pendant les opérations cryptographiques peut sélectionner les distingueurs les plus adéquats, et augmenter ainsi son taux de succès. Pour réduire la quantité de données, et représenter les modèles en deux dimensions, nous utilisons l'analyse en composantes principales (ACP) et donnons une interprétation physique des valeurs propres et vecteurs propres. Nous introduisons une méthode basée sur le seuillage de la fuite de données pour accélérer le profilage ainsi que l'attaque. Cette méthode permet de renforcer un attaquant qui peut avec un minimum de traces, améliorer 5 fois sa vitesse dans la phase en ligne de l'attaque. Aussi, il a été souligné que les différents modèles utilisés, ainsi que les échantillons recueillis durant la même acquisition peuvent transporter des informations complémentaires. Dans ce contexte, nous avons eu l'occasion d'étudier comment combiner au mieux différentes attaques en se basant sur différentes fuites. Cela nous a permis d'apporter des réponses concrètes au problème de la combinaison des attaques. Nous nous sommes concentrés également sur l'identification des problèmes qui surgissent quand il y a une divergence entre les templates et les traces attaquées. En effet, nous montrons que deux phénomènes peuvent entraver la réussite des attaques lorsque les templates sont obsolètes, à savoir, la désynchronisation des traces, et le redimensionnement des traces en amplitudes. Nous suggérons deux remèdes pour contourner ce type de problèmes : le réajustement des signaux et la normalisation des campagnes d'acquisitions. Finalement, nous proposons quelques méthodes du traitement du signal dans le contexte des attaques physiques. Nous montrons que lorsque les analyses sont effectuées en multi-résolution, il y a un gain considérable en nombre de traces nécessaires pour récupérer la clé secrète, par rapport à une attaque ordinaire.
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Dates et versions

tel-00937136 , version 1 (27-01-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00937136 , version 1

Citer

Abdelaziz M. Elaabid. Attaques par canaux cachés : expérimentations avancées sur les attaques template. Cryptographie et sécurité [cs.CR]. Université Paris VIII Vincennes-Saint Denis; Ecole nationale supérieure des telecommunications - ENST, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00937136⟩
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